天舟“專送”使命必達

2023年5月10日21時22分，長征七號遙七運載火箭搭載天舟六號貨運飛船順利升空。飛行7個多小時后，天舟六號成功對接在空間站核心艙的后向對接口，還在中國空間站“出差”的神舟十五號乘組迎來了最新的“太空快遞”。這是今年中國載人航天的第一次發射任務，從天舟二號飛船開始，已經有五艘天舟飛船完美地完成了為中國空間站送貨的任務。要成功把貨物送到太空，究竟有哪些特殊之處呢？

“太空快遞”里到底有什么？

天舟六號是中國空間站全面建成后對接的第一艘貨運飛船，總共送去了258個貨包。這些貨包里都有些什么呢？

航天科技集團五院貨運飛船系統總體主任設計師楊勝說：“第一類是航天員的生活物資，包括吃的、喝的、衛生用品；第二類是空間站平臺的備品備件；第三類是空間科學和應用的一些實驗載荷、實驗設備；第四類是飛船推進劑。”

長途運貨，保證貨物安全和完整最重要。在天舟六號貨艙里，各類貨包不僅要分門別類擺放，做好防震防撞措施，而且根據不同的貨物特點，裝船時間也大不相同。航天科技集團五院天舟六號貨運飛船副總指揮李志輝對此解釋道：“第一個階段大概是進場，裝完90%以上的貨物；第二個階段發射前三周，裝完剩下10%左右的貨物，包括新鮮果蔬；最后一步就是裝跟時間和溫度緊密相關的，一個是監測航天員身體健康的試劑，另一個就是細胞裝置。”

“因為細胞是非常嬌嫩的，它的存活需要適應的溫度和酸堿性環境。即使我們給它適應的溫度和營養液，它們的活性也會有所下降，所以我們希望能夠在盡量短的時間內把它送到空間站去。”中國科學院空間應用工程與技術中心研究員倉懷興說。

為了讓細胞在到達空間站時盡可能保持活性，還要剛好發育到設計的階段，飛船發射前一天，科學家才開始制備這些細胞；發射前6小時，載荷專家才將細胞從實驗室送往發射塔架；發射前5小時左右安裝完畢。此時，發射已經進入最后的準備流程，艙門早已關上，最后上船的貨物只能由飛船總裝人員在幾十米的高空從貨船的側門裝進去。

如此悉心呵護的貨物，在飛船到達空間站后，也將是航天員首先處理的對象。航天員打開天舟六號艙門，完成必要的測試和流程后，第一時間就會把它們轉移到問天實驗艙的生物技術實驗柜里，開始科學研究。那么，這些“閃送”來的細胞究竟是做什么研究的呢？

空間應用系統副總指揮、中國科學院空間應用工程與技術中心副主任王強說：“我們這次干細胞研究項目，是圍繞著人類成為多星球物種這樣一個遠景目標規劃的項目。這次兩個項目主要是圍繞著胚胎干細胞分化為生殖細胞和造血細胞，給未來人類太空探索提供技術服務。”

專用“快遞箱”

2022年年底，中國空間站正式進入應用與發展階段，諸如此次的“太空閃送”需求在未來將會不斷增加。要把貨物安全完整地送到距離地面400千米左右的太空，天舟系列貨運飛船就是為中國空間站任務量身定制的專用貨船。

最大載重從6.9噸提高到7.4噸，密封艙空間從18.1立方米擴大到22.5立方米，天舟六號作為空間站進入運營階段后入軌的第一艘貨運飛船，在此前天舟飛船的基礎上不斷提升運貨能力。

楊勝說：“從天舟六號開始，我們做了一個改進，減少了推進劑貯箱的配置，把貨艙原來一個非密封后錐段改成密封段，把密封艙的空間擴大了20%以上。”

油箱變小，行李艙變大，這樣的改變是根據這兩年空間站的實際運營情況不斷調整的結果。在之前的任務中，空間站還要進行許多關鍵技術驗證，航天工程師也需要摸索空間站的能耗情況，每次上天，油箱都要多帶些油。運行兩年后，空間站對地面補給的需求發生了不小的變化。

“最開始規劃上行的時候要適當多一些余量，比如推進劑，天舟二號要相對多一些，前期水是占比較大的一種貨物。隨著整個空間站建成之后，航天員和空間站平臺的配件會相對固定一些，后續動態變化比較多的是實驗載荷，這塊占比逐漸增加。”楊勝介紹道。

不過，行李艙變大了并不意味著一定要裝滿貨物，此次送達空間站的貨物總共5.8噸，貨物之外的空間能讓航天員進出更加自如。而在未來，飛船設計師已經開始考慮進一步為定制化需求提供保障，尤其為航天員提供更好的生活保障。

“后續計劃上行一個大的冰箱，供給航天員不僅吃到水果，還有一些冷凍食品，比如將來希望在天上可以吃煎牛排，牛肉就需要在地面冷凍上行，我們的能力后面會逐步提升，保障航天員更好地生活。”中國航天科技集團五院貨運飛船系統總體主管設計師王冉說道。

使命必達

從天舟六號開始，貨運飛船的發射頻率將有所降低，從之前每半年一次，減少到大約兩年三次。雖然送貨的次數會減少，但仍必須保證安全要求。往太空送貨，每一次發射都是風險最高的環節。

長征七號是為天舟系列飛船送貨上天量身定制的火箭。與發射空間站艙段的長征五號B運載火箭不同，長征七號是個“瘦高個兒”，雖然載重量沒有“胖五”那么大，但是入軌精度是我國現役火箭中最高的。

從首發開始，長征七號就一直從海南島升空。對航天發射來說，越接近赤道，就越能借助地球自轉帶來的力量發射更重的航天器。中國空間站開始建造后，除了神舟飛船，其他航天器都是從文昌出發去往空間站的。

西昌衛星發射中心計劃部副部長李智斌介紹：“發射同樣的火箭，在文昌發射場可以提升運載火箭7%～15%的運力；第二個優勢就是濱海發射落區安全性好；第三個優勢是可以通過海運更加高效、便捷、安全地將這些部段運到文昌發射場進行組裝。”

然而，要從文昌送貨上天，火箭和飛船也會面臨以往在內陸發射場完全不同的挑戰。

2023年5月7日上午，長征七號遙七運載火箭包裹著天舟六號飛船從總裝廠房垂直轉運到發射塔架后，下午，文昌就下起了雨。5月的海南已經進入雨季，“高溫、高濕、高鹽霧”“強暴雨、強雷暴、強臺風”，海南島獨有的這“三高三強”氣象特征不論對火箭、飛船還是發射場的各類設施都很不友好。

為了減少火箭和飛船在室外的停留時間，各個系統協同努力，把發射前的測試發射流程從天舟一號的38天縮減到了天舟六號的25天，同時，也為可能的壞天氣做好了充分的準備。

盡管如此，為了保證任務成功，大家依然希望能在較好的氣象條件下發射。5月10日發射當天，每隔幾小時，發射場氣象站就會放飛一個探空氣球，力求精確預報發射窗口時間的地面和空中的天氣情況。

成功的發射將飛船完美送入軌道，而后續的測控為最后的交會對接提供最可靠的保障。在海南島上還有多個航天測控站，天舟六號一升空，它們便開始測控接力，不斷確認飛船的位置和狀況，確保天舟飛船按計劃飛行，直到順利交會對接。

向太空送貨，一克千金，這不僅是說發射的經濟成本，更是背后無數航天人的努力和心血。兵馬未動，糧草先行。為空間站送貨只是起點，隨著中國人走向太空的腳步不斷向前，接下來，我們對月球、火星的探索會需要更多的貨物提前送達，到時候，中國的貨運飛船將會更加忙碌。

本次任務中，天舟六號貨運飛船攜帶了航天員的生活物資，裝載貨物200余件，運輸物資總重約5.8噸，同時搭載了多項載荷。那么，執行本次任務的天舟六號貨運飛船具有哪些新特點？

“旗艦船”擁有3個“首發”桂冠

相較于空間站全面建造階段發射的天舟四號和天舟五號，天舟六號擁有3個“首發”桂冠：一是我國載人空間站應用與發展階段發射的首發航天器；二是我國改進型貨運飛船首發船；三是天舟六號到天舟十一號組批生產的首發貨運飛船。

貨物裝載能力突破7噸

作為空間站的地面后勤補給航天器，天舟貨運飛船采用型譜化方案，設計了滿足不同貨物運輸需求的全密封貨運飛船、半密封貨運飛船和全開放貨運飛船3種型譜。天舟六號為改進型全密封貨運飛船，是世界上現役貨物運輸能力最大、在軌支持能力最全的貨運飛船。

為滿足密集發射的需求，中國航天科技集團五院在飛船研制過程中采用組批生產的方式，確保同一批次的貨運飛船在外形和功能上相似或相近。其中，天舟三號到天舟五號為同一批次生產研制，天舟六號到天舟十一號則是另外一批次生產研制。從天舟六號開始，技術團隊針對后續任務需求，對貨運飛船進行了系統升級，包括大幅度增強密封艙的貨物運輸能力等，以便給航天員提供可以支撐更長時間的物資。

研制團隊將全密封貨運飛船拓展為標準型（8個貯箱）和改進型（4個貯箱）兩種狀態，根據空間站補加推進劑上行需求選用。天舟六號貨運飛船為改進型全密封4個貯箱狀態，以天舟五號為基礎，將原非密封的后錐段改為密封艙，擴大了密封艙裝載空間，提高了貨物上行能力；同時，取消一層貯箱，將原后錐段艙內設備調整至推進艙——如此一來，貨物裝載能力提高至7.4噸，首次突破7噸，上行載貨比提高至0.53。改進型全密封貨運飛船拓展了全密封貨運飛船型譜，提高了密封艙貨物裝載能力，使貨運飛船發射頻次由2年4發降低至2年3發，切實提高了空間站工程的綜合效益。

關鍵元器件100%國產化

針對載人空間站應用與發展階段貨運飛船的進口電子元器件國產化替代問題，中國航天科技集團五院貨運飛船系統研制團隊開展了大量卓有成效的工作：首先，遴選出性能指標相當且相對成熟可靠的國產元器件作為備選；其次，組織專家團隊逐項論證替代方案的可行性，制定周密的試驗驗證計劃；再次，針對每項更改的具體情況，采用整機、單板、相似鑒定等多種應用驗證方法，以及成功包絡線、“三比”等預測、比對方法，充分識別器件的性能差異，以最小代價獲取全面應用數據；最后，涉及的產品全部采用單板、單機、分系統、系統多級測試考核驗證，確保驗證無死角。正是通過上述綜合保證措施，才消除了大面積元器件國產化帶來的技術風險，實現了關鍵元器件100%國產化。

為降低天舟六號貨運平臺的研制成本，研制團隊還按照工程的總體要求和載人空間站應用與發展階段的實際任務需求，優化平臺配置，不斷降本增效。